OneRoundIoT/OneRound/one_round_new.cpp

   1 //gcc pixmap_io.c  -c
   2 //g++ -O3 one_round_new.cpp pixmap_io.o  -o one_round_new -std=c++11
   3
   4 #include <iostream>
   5 #include <list>
   6 #include<math.h>
   7 #include<stdlib.h>
   8 #include<stdio.h>
   9 #include<string.h>
  10 #include <fstream>
  11 #include <sys/time.h>
  12
  13 /*#include <cryptopp/hex.h>
  14 #include <cryptopp/sha.h>
  15 #include <cryptopp/osrng.h>
  16 #include <cryptopp/secblock.h>
  17 */
  18
  19
  20 extern "C" {
  21   int load_RGB_pixmap(char *filename, int *width, int *height, unsigned char**R_data, unsigned char**G_data, unsigned char**B_data);
  22   void store_RGB_pixmap(char *filename, unsigned char *R_data, unsigned char *G_data, unsigned char *B_data, int width, int height);
  23 }
  24
  25
  26 //using namespace CryptoPP;
  27 using namespace std;
  28
  29
  30 int key_size=256;
  31 int nb_test=1;
  32 int ctr=0;
  33 int h=64;
  34
  35
  36 int h2=h*h;
  37
  38
  39
  40 typedef unsigned char   uchar;
  41
  42
  43 double TimeStart()
  44 {
  45   struct timeval tstart;
  46   gettimeofday(&tstart,0);
  47   return( (double) (tstart.tv_sec + tstart.tv_usec*1e-6) );
  48 }
  49
  50 double TimeStop(double t)
  51 {
  52   struct timeval tend;
  53
  54   gettimeofday(&tend,0);
  55   t = (double) (tend.tv_sec + tend.tv_usec*1e-6) - t;
  56   return (t);
  57 }
  58
  59
  60
  61
  62
  63
  64 void inverse_tables(uchar *tab, int size_tab,uchar *inv_perm_tabs) {
  65
  66   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  67     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  68   }
  69
  70 }
  71
  72 void inverse_tables_int(int *tab, int size_tab,int *inv_perm_tabs) {
  73
  74   for(int i=0;i<size_tab;i++) {
  75     inv_perm_tabs[tab[i]] = i;
  76   }
  77
  78 }
  79
  80
  81
  82 void rc4key(uchar *key, uchar *sc, int size_DK) {
  83
  84   for(int i=0;i<256;i++) {
  85     sc[i]=i;
  86   }
  87
  88
  89   uchar j0 = 0;
  90   for(int i0=0; i0<256; i0++) {
  91     j0 = (j0 + sc[i0] + key[i0%size_DK] )&0xFF;
  92     uchar tmp = sc[i0];
  93     sc[i0] = sc[j0 ];
  94     sc[j0] = tmp;
  95   }
  96 }
  97
  98
  99
 100 void rc4keyperm(uchar *key,int len, int rp,int *sc, int size_DK) {
 101
 102   //sc=1:len;
 103
 104
 105
 106   for (int i=0;i<len;i++) {
 107     sc[i]=i;
 108   }
 109   for (int it = 0; it < rp; it++) {
 110     int j0 = 1;
 111     for(int i0 = 0; i0<len; i0++) {
 112       j0 = (j0 + sc[i0] + sc[j0] + key[i0%size_DK] )% len;
 113       int tmp = sc[i0];
 114       sc[i0] = sc[j0];
 115       sc[j0] = tmp;
 116     }
 117
 118   }
 119 }
 120
 121 void prga(uchar *sc, int ldata, uchar *r) {
 122   uchar i0=0;
 123   uchar j0=0;
 124
 125   for (int it=0; it<ldata; it++) {
 126     i0 = ((i0+1)%255);
 127     j0 = (j0 + sc[i0])&0xFF;
 128     uchar tmp = sc[i0];
 129     sc[i0] = sc[j0];
 130     sc[j0] = tmp;
 131     r[it]=sc[(sc[i0]+sc[j0])&0xFF];
 132   }
 133 }
 134
 135
 136
 137
 138
 139 void encrypt_ctr(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int enc) {
 140
 141
 142   uchar *X=new uchar[h2];
 143   uchar *fX=new uchar[h2];
 144   int ind1,ind2;
 145
 146
 147    for(int a=0;a<h2;a++) {
 148      X[a]=Sbox1[a];
 149    }
 150
 151
 152   for(int it=0;it<len;it++) {
 153     if(enc) {
 154       ind1=it*h2;
 155       ind2=Pbox[it]*h2;
 156     }
 157     else {
 158       ind2=it*h2;
 159       ind1=Pbox[it]*h2;
 160     }
 161
 162
 163
 164     for(int a=0;a<h2;a++){
 165       fX[a]=Sbox1[RM1[X[a]]];
 166     }
 167
 168
 169     for(int a=0;a<h2;a++) {
 170       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 171     }
 172
 173
 174     for(int a=0;a<h2;a++) {
 175       fX[a]=Sbox2[fX[a]];
 176     }
 177
 178
 179     for(int a=0;a<h2;a++) {
 180       seq_out[ind1+a]=fX[a]^seq_in[ind2+a];
 181     }
 182
 183     for(int a=0;a<h2;a++) {
 184       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 185     }
 186
 187
 188
 189   }
 190
 191
 192 }
 193
 194
 195
 196 void encrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 197
 198
 199   uchar *X=new uchar[h2];
 200   uchar *fX=new uchar[h2];
 201   unsigned int *lX=(unsigned int*)X;
 202   unsigned int *lseq_in=(unsigned int*)seq_in;
 203
 204
 205   for(int it=0;it<len;it++) {
 206     int ind1=it*h2;
 207     int ind2=Pbox[it]*h2;
 208
 209     for(int a=0;a<h2;a+=1) {
 210       X[a]=seq_in[ind2+a];
 211 /*      X[a+1]=seq_in[ind2+a+1];
 212       X[a+2]=seq_in[ind2+a+2];
 213       X[a+3]=seq_in[ind2+a+3];
 214       /*      X[a+4]=seq_in[ind2+a+4];
 215       X[a+5]=seq_in[ind2+a+5];
 216       X[a+6]=seq_in[ind2+a+6];
 217       X[a+7]=seq_in[ind2+a+7];*/
 218     }
 219
 220     for(int a=0;a<h2;a+=1){
 221       fX[a]=Sbox1[X[a]];
 222 /*      fX[a+1]=Sbox1[X[a+1]];
 223       fX[a+2]=Sbox1[X[a+2]];
 224       fX[a+3]=Sbox1[X[a+3]];
 225       /*      fX[a+4]=Sbox1[X[a+4]];
 226       fX[a+5]=Sbox1[X[a+5]];
 227       fX[a+6]=Sbox1[X[a+6]];
 228       fX[a+7]=Sbox1[X[a+7]];*/
 229     }
 230
 231
 232     for(int a=0;a<h2;a+=1) {
 233       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 234 /*      fX[a+1]=fX[a+1]^RM1[a+1];
 235       fX[a+2]=fX[a+2]^RM1[a+2];
 236       fX[a+3]=fX[a+3]^RM1[a+3];
 237       /*      fX[a+4]=fX[a+4]^RM1[a+4];
 238       fX[a+5]=fX[a+5]^RM1[a+5];
 239       fX[a+6]=fX[a+6]^RM1[a+6];
 240       fX[a+7]=fX[a+7]^RM1[a+7];*/
 241     }
 242
 243
 244     for(int a=0;a<h2;a+=1) {
 245       seq_out[ind1+a]=Sbox2[fX[a]];
 246 /*      seq_out[ind1+a+1]=Sbox2[fX[a+1]];
 247       seq_out[ind1+a+2]=Sbox2[fX[a+2]];
 248       seq_out[ind1+a+3]=Sbox2[fX[a+3]];
 249       /*      seq_out[ind1+a+4]=Sbox2[fX[a+4]];
 250       seq_out[ind1+a+5]=Sbox2[fX[a+5]];
 251       seq_out[ind1+a+6]=Sbox2[fX[a+6]];
 252       seq_out[ind1+a+7]=Sbox2[fX[a+7]];*/
 253     }
 254
 255     for(int a=0;a<h2;a+=1) {
 256       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 257 /*      RM1[a+1]=RM1[PboxRM[a+1]];
 258       RM1[a+2]=RM1[PboxRM[a+2]];
 259       RM1[a+3]=RM1[PboxRM[a+3]];
 260       /*      RM1[a+4]=RM1[PboxRM[a+4]];
 261       RM1[a+5]=RM1[PboxRM[a+5]];
 262       RM1[a+6]=RM1[PboxRM[a+6]];
 263       RM1[a+7]=RM1[PboxRM[a+7]];*/
 264     }
 265
 266
 267   }
 268
 269
 270
 271
 272 }
 273
 274
 275
 276 void decrypt(uchar* seq_in, uchar *seq_out, int len,uchar* RM1,int *Pbox, int *PboxRM, uchar *Sbox1, uchar *Sbox2, int debug) {
 277
 278
 279   uchar *fX=new uchar[h2];
 280
 281
 282   uchar *Inv_Sbox1=new uchar[256];
 283   inverse_tables(Sbox1,256,Inv_Sbox1);
 284
 285   uchar *Inv_Sbox2=new uchar[256];
 286   inverse_tables(Sbox2,256,Inv_Sbox2);
 287
 288
 289
 290
 291   for(int it=0;it<len;it++) {
 292
 293     int ind1=it*h2;
 294     int ind2=Pbox[it]*h2;
 295
 296
 297
 298
 299     for(int a=0;a<h2;a++) {
 300       fX[a]=seq_in[ind1+a];
 301     }
 302     for(int a=0;a<h2;a++) {
 303       fX[a]=Inv_Sbox2[fX[a]];
 304     }
 305     for(int a=0;a<h2;a++) {
 306       fX[a]=fX[a]^RM1[a];
 307     }
 308
 309     for(int a=0;a<h2;a++) {
 310       RM1[a]=RM1[PboxRM[a]];
 311     }
 312
 313     for(int a=0;a<h2;a++) {
 314       seq_out[ind2+a]=Inv_Sbox1[fX[a]];
 315     }
 316
 317
 318   }
 319
 320
 321 }
 322
 323
 324 int main(int argc, char** argv) {
 325
 326
 327   for(int i=1; i<argc; i++){
 328     if(strncmp(argv[i],"nb",2)==0)    nb_test = atoi(&(argv[i][2]));    //nb of test
 329     if(strncmp(argv[i],"ctr",3)==0) ctr = atoi(&(argv[i][3]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 330     if(strncmp(argv[i],"h",1)==0) h = atoi(&(argv[i][1]));          //CTR ? 1  otherwise CBC like
 331   }
 332
 333   printf("nb times %d\n",nb_test);
 334   printf("ctr %d\n",ctr);
 335   printf("h %d\n",h);
 336
 337   h2=h*h;
 338
 339 /*
 340   if(argc==2)
 341     nb_test=atoi(argv[1]);
 342   if(nb_test<=0 || nb_test>10000) {
 343     printf("nb tests is not correct\n");
 344     exit(0);
 345   }
 346   else
 347     printf("nb tests = %d\n\n",nb_test);
 348 */
 349
 350
 351   int seed=time(NULL);
 352   cout<<seed<<endl;
 353   srand48(seed);
 354
 355   uchar Secretkey[key_size];
 356
 357   uchar counter[key_size];
 358
 359   for(int i=0;i<key_size;i++) {
 360     Secretkey[i]=lrand48()&0xFF;
 361     counter[i]=lrand48()&0xFF;
 362   }
 363
 364
 365   int size = 64;
 366   uchar DK[size];
 367
 368
 369
 370
 371   int width;
 372   int height;
 373   uchar *data_R, *data_G, *data_B;
 374   load_RGB_pixmap("lena.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 375 //  load_RGB_pixmap("No_ecb_mode_picture.ppm", &width, &height, &data_R, &data_G, &data_B);
 376
 377
 378
 379
 380
 381   int imsize=width*height*3;
 382   uchar* seq= new uchar[imsize];
 383   uchar* seq2= new uchar[imsize];
 384
 385   int oneD=width*height;
 386   for(int i=0;i<oneD;i++) {
 387     seq[i]=data_R[i];
 388     seq[oneD+i]=data_G[i];
 389     seq[2*oneD+i]=data_B[i];
 390   }
 391
 392
 393
 394
 395
 396   int total_len=imsize;
 397   int rp=1;
 398   int len= total_len/h2;
 399
 400
 401
 402   uchar *mix=new uchar[256];
 403
 404
 405
 406
 407   for (int i = 0; i < 256 ; i++) {
 408     mix[i]=Secretkey[i]^counter[i];
 409   }
 410
 411
 412   cout<<"hash "<<endl;
 413   for (int i = 0; i < 64 ; i++) {
 414 //    DK[i]=digest[i];
 415     DK[i]=mix[i];
 416   }
 417
 418
 419
 420
 421   uchar Sbox1[256];
 422   rc4key(DK, Sbox1, 16);
 423
 424   uchar Sbox2[256];
 425   rc4key(&DK[16], Sbox2, 16);
 426
 427
 428
 429   uchar sc[256];
 430   rc4key(&DK[32], sc, 16);
 431
 432   uchar outd[2*(h * h)];
 433   prga(sc, 2*(h * h), outd);
 434
 435
 436   uchar RM1[h*h];
 437   uchar RM2[h*h];
 438   for(int i=0;i<h2;i++){
 439     RM1[i]=outd[i];
 440     RM2[i]=outd[i+h2];
 441   }
 442
 443
 444
 445
 446
 447
 448   uchar keyp[16];
 449   for (int i = 48; i < 64; i++)
 450     keyp[i-48] = DK[i];
 451
 452 //  cout<<len<<endl;
 453   int *Pbox=new int[len];
 454   int *PboxRM=new int[h2];
 455
 456   rc4keyperm(keyp, len, rp, Pbox, 16);
 457
 458   printf("len %d\n",len);
 459   for(int i=0;i<len;i++) {
 460 //    printf("%d \n",Pbox[i]);
 461   }
 462
 463   rc4keyperm(RM2, h2, rp, PboxRM, h2);
 464
 465   for(int i=0;i<h2;i++){
 466     RM2[i]=RM1[i];
 467   }
 468
 469
 470  double time=0;
 471   double t=TimeStart();
 472
 473   int i;
 474   for(i=0;i<nb_test;i++)
 475   {
 476     if(ctr)
 477       encrypt_ctr(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,1);
 478     else
 479       encrypt(seq, seq2,len,RM1,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 480
 481   }
 482
 483   time+=TimeStop(t);
 484   cout<<"Time encrypt "<<time<<endl;
 485
 486
 487   for(int i=0;i<oneD;i++) {
 488     data_R[i]=seq2[i];
 489     data_G[i]=seq2[oneD+i];
 490     data_B[i]=seq2[2*oneD+i];
 491   }
 492   store_RGB_pixmap("lena2.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 493
 494
 495   time=0;
 496   t=TimeStart();
 497   for(i=0;i<nb_test;i++) {
 498     if(ctr)
 499       encrypt_ctr(seq2, seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 500     else
 501       decrypt(seq2,seq,len,RM2,Pbox,PboxRM,Sbox1,Sbox2,0);
 502
 503   }
 504
 505   time+=TimeStop(t);
 506   cout<<"Time decrypt "<<time<<endl;
 507
 508
 509   for(int i=0;i<oneD;i++) {
 510     data_R[i]=seq[i];
 511     data_G[i]=seq[oneD+i];
 512     data_B[i]=seq[2*oneD+i];
 513   }
 514   store_RGB_pixmap("lena3.ppm", data_R, data_G, data_B, width, height);
 515
 516
 517
 518   return 0;
 519 }